DE20300478U1

DE20300478U1 - stator

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Publication number: DE20300478U1
Application number: DE20300478U
Authority: DE
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2013-01-15
Also published as: AU2002361019A1; EP1468481B2; WO2003063322A2; US20050082931A1; ATE306138T1; EP1468481A2; EP1468481B1; DE50204496D1; WO2003063322A3; US7247962B2

Abstract

A stator assembly ( 20 ) has a plurality of splayed stator poles ( 31 - 36 ). A first winding coil ( 51 ) is arranged on the first stator pole ( 31 ) between a first current rail ( 38 ) and the second current rail ( 40 ), the second winding coil ( 52 ) is arranged on the second stator pole ( 32 ) between the second current rail ( 40 ) rails and the third current rail ( 42 ), the third winding coil ( 53 ) is arranged on the third stator pole ( 33 ) between the third current rail ( 42 ) and the first current rail ( 38 ), the fourth winding coil ( 54 ) is arranged on the fourth stator pole ( 34 ) between the first current rail ( 38 ) and the second current rail ( 40 ), the fifth winding coil ( 55 ) is arranged on the fifth stator pole ( 35 ) between the second current rail ( 40 ) and the third current rail ( 42 ), and the sixth winding coil ( 56 ) is arranged on the sixth stator pole ( 36 ) between the third current rail ( 42 ) and the first current rail ( 38 ).

Description

13. Januar 2003
DE-9020 iG13 January 2003
DE-9020 iG

StatoranordnungStator arrangement

Die Erfindung betrifft eine Statoranordnung, insbesondere für einen elektronisch kommutierten Motor.The invention relates to a stator arrangement, in particular for an electronically commutated motor.

Soll ein elektronisch kommutierter Motor bei einer niedrigen Betriebsspannung, z.B. der Batteriespannung eines Fahrzeugs, mit hohen Drehzahlen und gutem Wirkungsgrad betrieben werden, z.B. bei 10.000 U/min oder mehr, so müssen Widerstand und Induktivität der Wicklung sehr niedrig sein, und dies bedeutet, dass eine Wicklungsspule wenige Windungen aus einem dicken Draht haben sollte, damit die Statornuten gut mit Kupferdraht gefüllt werden können.If an electronically commutated motor is to be operated at high speeds and with good efficiency at a low operating voltage, e.g. the battery voltage of a vehicle, e.g. at 10,000 rpm or more, the resistance and inductance of the winding must be very low, and this means that a winding coil should have a few turns of a thick wire so that the stator slots can be well filled with copper wire.

Werden Statoren mit sogenannten Nadelwickelmaschinen automatisch gewickelt, so ist es in manchen Fällen nicht möglich, die Drahtstärke einer Wicklungsspule dadurch zu reduzieren, dass man mehrere Drähte parallel wickelt.If stators are wound automatically using so-called needle winding machines, it is sometimes not possible to reduce the wire thickness of a winding coil by winding several wires in parallel.

Versucht man, das Problem dadurch zu lösen, dass man gleichartige Wicklungen parallel schaltet, so ergeben sich bei einem dreisträngigen Motor jeweils vier Drähte, die zu einem Anschluss (U, V, W) der Statorwicklung zusammengefügt werden müssen. Dadurch entsteht die Notwendigkeit für zeitaufwändige, teure Handarbeit.If you try to solve the problem by connecting similar windings in parallel, a three-phase motor will have four wires each that have to be connected to one connection (U, V, W) of the stator winding. This creates the need for time-consuming, expensive manual work.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Statoranordnung bereit zu stellen.It is therefore an object of the invention to provide a new stator arrangement.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Durch die Erfindung erreicht man, dass beim Wickeln die Verbindung zwischen benachbarten Wicklungsspulen nicht unterbrochen werden muss, sondern diese Spulen können über Drahtschleifen verbunden bleiben. Diese Drahtschleifen werden, bevorzugt während des Wickeins, an einer zugeordneten Stromschiene elektrisch leitend so befestigt, dass diese Stromschienen als Anschluss für die Zuleitung des elektrischen Stromes zur Statorwicklung dienen können. Sehr vorteilhaft ist, dass eine automatischeAccording to the invention, this object is achieved by the subject matter of claim 1. The invention ensures that the connection between adjacent winding coils does not have to be interrupted during winding, but these coils can remain connected via wire loops. These wire loops are attached to an associated busbar in an electrically conductive manner, preferably during winding, so that these busbars can serve as a connection for supplying the electrical current to the stator winding. It is very advantageous that an automatic

Herstellung der Statorwicklung ermöglicht wird, weil häufig auch die elektrische Verbindung mit den Stromschienen automatisiert werden kann, und weil der Wicklungsdraht beim Wickeln nicht mehr unterbrochen werden muss, sondern bei Bedarf von der ersten Wicklungsspule bis zur letzten Wicklungsspule durchgehend gewickelt werden kann.Production of the stator winding is made possible because the electrical connection to the busbars can often be automated and because the winding wire no longer has to be interrupted during winding, but can be wound continuously from the first winding coil to the last winding coil if required.

Die Stromschienen, und ggf. auch die Drahtschleifen zwischen den Wicklungsspulen, können z.B. an einer Stirnseite der Statoranordnung in ein oder mehrere entsprechend geformte Isolationsteile eingebracht werden, so dass eine Berührung von Drähten unterschiedlicher Wicklungsstränge und unterschiedlicher Wicklungsspulen sicher vermieden wird. Damit sind Kurzschlüsse im Bereich der Wicklung ausgeschlossen, was eine hohe elektrische Sicherheit gewährleistet, wie das z.B. auf Schiffen, Flugzeugen oder Landfahrzeugen unbedingt notwendig ist.The busbars and, if necessary, the wire loops between the winding coils can be inserted into one or more appropriately shaped insulation parts on one end of the stator arrangement, for example, so that contact between wires from different winding strands and different winding coils is safely avoided. This prevents short circuits in the winding area, which ensures a high level of electrical safety, which is absolutely necessary on ships, aircraft or land vehicles, for example.

Durch den Gegenstand des Anspruchs 1 erhält man also in sehr einfacher Weise eine Statoranordnung, deren dreisträngige Wicklung in Dreieckschaltung geschaltet ist, wobei jeder Strang aus einer Mehrzahl von parallel geschalteten Wicklungsspulen besteht, die fortlaufend gewickelt und an ihren Enden durch Stromschienen miteinander verbunden sind, wobei diese Stromschienen auch dazu dienen können, der Statoranordnung elektrische Energie zu- oder diese von ihr abzuführen. Diese Schienen sind bevorzugt mit Lötfahnen oder dgl. versehen, die direkt in eine benachbarte Leiterplatte hineinragen und dort mit den Endstufentransistoren des elektronisch kommutierten Motors verbunden werden. Dadurch lassen sich auch bei hohen Strömen Zuleitungsverluste stark reduzieren, d.h. die Erfindung ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad.The subject matter of claim 1 therefore provides a stator arrangement in a very simple manner, the three-strand winding of which is connected in a delta connection, each strand consisting of a plurality of parallel-connected winding coils which are wound continuously and connected to one another at their ends by busbars, whereby these busbars can also be used to supply electrical energy to the stator arrangement or to remove it from it. These busbars are preferably provided with soldering lugs or the like which extend directly into an adjacent circuit board and are connected there to the output stage transistors of the electronically commutated motor. This allows supply line losses to be greatly reduced even at high currents, i.e. the invention enables a high level of efficiency.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispiel, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:Further details and advantageous developments of the invention emerge from the embodiment described below and shown in the drawing, which is in no way to be understood as a limitation of the invention, as well as from the dependent claims. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Wicklungsanordnung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,Fig. 1 is a schematic representation of a winding arrangement according to a preferred embodiment of the invention,

Fig. 2 einen Schnitt, gesehen längs der Linie H-Il der Fig. 1,Fig. 2 is a section taken along the line H-II of Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 zur besseren Darstellung des Isolators 44 mit den Kupferschienen 38 und 42, undFig. 3 is an enlarged section of Fig. 2 for a better representation of the insulator 44 with the copper bars 38 and 42, and

Fig. 4 ein Schaltbild zur Erläuterung von Fig. 1.Fig. 4 is a circuit diagram to explain Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine übliche schematisierte Darstellung einer Statoranordnung 20, hier dargestellt als Stator eines elektronisch kommutierten Innenläufermotors, dessen vierpoliger permanentmagnetischer Rotor 22 und seine Welle 23 nur schematisch angedeutet sind. Die Erfindung eignet sich z.B. in gleicher Weise für einen Linearmotor. Fig. 1 shows a conventional schematic representation of a stator arrangement 20, shown here as the stator of an electronically commutated internal rotor motor, whose four-pole permanent magnet rotor 22 and its shaft 23 are only indicated schematically. The invention is suitable in the same way for a linear motor, for example.

Die Statoranordnung 20 hat ein übliches Blechpaket 26, bei dem in einem Winkelbereich von 360° sechs ausgeprägte Pole 31, 32, 33, 34, 35, 36 vorgesehen sind. An einer Stirnseite der Statoranordnung 20 befinden sich eine U-Kupferschiene 38 mit einer Anschlussfahne 39, eine V-Kupferschiene 40 mit einer Anschlussfahne 41, und eine W-Kupferschiene 42 mit einer Anschlussfahne 43, welche Schienen sich jeweils über einen Winkel von etwa 180° el. erstrecken und an der Stirnseite der Statoranordnung 20 in einem isolierenden Ringteil 44 angeordnet sind, das in Fig. 2 und 3 im Schnitt dargestellt ist. Dieses ist gemäß Fig. 2 und 3 zwischen dem Wickelkopf einer schematisch angedeuteten Statorwicklung 45 und dem Gehäuse 46 des Motors angeordnet. Da sich die Kupferschienen 38, 40, 42 jeweils nur über 180° erstrecken, befinden sich an jeder Stelle des Umfangs nur zwei Kupferschienen, z.B. an der 12-Uhr-Stellung der Fig. 1 die Schienen 40 (außen) und 38 (innen). Jede Schiene verläuft über etwa 90° radial außen und über etwa 90° radial weiter innen, wie in Fig. 1 dargestellt.The stator arrangement 20 has a conventional laminated core 26, in which six distinct poles 31, 32, 33, 34, 35, 36 are provided in an angular range of 360°. On one end of the stator arrangement 20 there is a U-copper bar 38 with a connection lug 39, a V-copper bar 40 with a connection lug 41, and a W-copper bar 42 with a connection lug 43, which bars each extend over an angle of approximately 180° el. and are arranged on the end of the stator arrangement 20 in an insulating ring part 44, which is shown in section in Fig. 2 and 3. According to Fig. 2 and 3, this is arranged between the winding head of a schematically indicated stator winding 45 and the housing 46 of the motor. Since the copper rails 38, 40, 42 each extend over only 180°, there are only two copper rails at each point on the circumference, e.g. at the 12 o'clock position in Fig. 1, the rails 40 (outside) and 38 (inside). Each rail extends over approximately 90° radially outwards and approximately 90° radially further inwards, as shown in Fig. 1.

Bezogen auf das Zifferblatt einer Uhr erstreckt sich die U-Kupferschiene 38 etwa von 6 bis 12 Uhr. Die V-Schiene 40 erstreckt sich von etwa 10 bis 16 Uhr. Die W-Schiene 42 erstreckt sich von etwa 2 bis 8 Uhr. Diese Kupferschienen sind durch den Isolator 44 voneinander isoliert. Ihre Anschlussfahnen 39, 41, 43 dienen zur elektrischen Verbindung mit einer Leiterplatte 47 (Fig. 2 und 3), auf der Leistungstransistoren 48 zur Steuerung der Ströme in der StatorwicklungIn relation to the dial of a clock, the U-shaped copper rail 38 extends from approximately 6 to 12 o'clock. The V-shaped rail 40 extends from approximately 10 to 16 o'clock. The W-shaped rail 42 extends from approximately 2 to 8 o'clock. These copper rails are insulated from one another by the insulator 44. Their connecting lugs 39, 41, 43 serve for the electrical connection to a circuit board 47 (Fig. 2 and 3) on which power transistors 48 are mounted to control the currents in the stator winding.

angeordnet sind. Auf diese Weise erhält man extrem kurze Zuleitungen und dadurch niedrige Verluste in diesen Zuleitungen. - Ein Lagerschild ist mit 49 bezeichnet, und bei 50 ist ein Lager für die Welle 23 angedeutet.are arranged. In this way, extremely short supply lines are obtained and thus low losses in these supply lines. - A bearing shield is marked 49, and a bearing for the shaft 23 is indicated at 50.

Auf den Statorpolen befinden sich identische Wicklungsspulen, deren übereinstimmender - Wicklungssinn in Fig. 1 beispielhaft dargestellt ist. Auf dem ersten Statorpol 31 befindet sich eine erste Wicklungsspule 51. Man beginnt mit dem Wickeln dieser Spule, nachdem der Anfang 50 des Wicklungsdrahtes 44 an einer Stelle A (6 Uhr) an der U-Schiene 38 befestigt wurde. Die Stelle A ist in Fig. 2 und 3 im Schnitt dargestellt, und man erkennt, dass an dieser Stelle das Anschlussteil A der Kupferschiene 38 aus dem Isolator 44 heraus ragt, und dieser Teil A wird mit dem Drahtende 50 verbunden, z.B. durch Schweißen. Die nachfolgend beschriebenen Anschlüsse B bis F sind in der gleichen Weise ausgeführt.Identical winding coils are located on the stator poles, the matching winding direction of which is shown as an example in Fig. 1. A first winding coil 51 is located on the first stator pole 31. Winding of this coil begins after the beginning 50 of the winding wire 44 has been attached to the U-bar 38 at a point A (6 o'clock). Point A is shown in section in Figs. 2 and 3, and it can be seen that at this point the connection part A of the copper bar 38 protrudes from the insulator 44, and this part A is connected to the wire end 50, e.g. by welding. The connections B to F described below are made in the same way.

Die Kupferschiene 42 ist an der Stelle des Anschlusses A voll vom Isolator 44 umschlossen, so dass ein Kurzschluss zwischen den Schienen 38 und 42 dort nicht möglich ist. Dies gilt analog für die anderen Schienen, d.h. diese sind zwischen den Anschlussstellen voll vom Isolator 44 umschlossen, und an den Anschlussstellen ragt immer nur der Anschluss einer Schiene aus dem Isolator 44 heraus.The copper rail 42 is completely enclosed by the insulator 44 at the point of connection A, so that a short circuit between the rails 38 and 42 is not possible there. This applies analogously to the other rails, i.e. these are completely enclosed by the insulator 44 between the connection points, and at the connection points only the connection of one rail protrudes from the insulator 44.

Anschließend an die Spule 51 wickelt man die zweite Wicklungsspule 52 auf dem zweiten Statorpol 32, dann die dritte Wicklungsspule 53 auf dem dritten Statorpol 33, dann die vierte Wicklungsspule 54 auf dem vierten Statorpol 34, dann die fünfte Wicklungsspule 55 auf dem fünften Statorpol 35, und schließlich die sechste Wicklungsspule 56 auf dem sechsten Statorpol 36.Following the coil 51, the second winding coil 52 is wound on the second stator pole 32, then the third winding coil 53 on the third stator pole 33, then the fourth winding coil 54 on the fourth stator pole 34, then the fifth winding coil 55 on the fifth stator pole 35, and finally the sixth winding coil 56 on the sixth stator pole 36.

Dabei entsteht zwischen den Spulen 51 und 52 eine erste Drahtschleife 61, die an einer Stelle B (4 Uhr)mit der V-Schiene 40 elektrisch und mechanisch verbunden wird, bevorzugt, ohne den Wicklungsdraht 44 zu unterbrechen.This creates a first wire loop 61 between the coils 51 and 52, which is electrically and mechanically connected to the V-rail 40 at a point B (4 o'clock), preferably without interrupting the winding wire 44.

Zwischen den Spulen 52 und 53 entsteht eine zweite Drahtschleife 62, die an einer Stelle C (2 Uhr) mit der W-Schiene 42 verbunden wird.A second wire loop 62 is created between the coils 52 and 53, which is connected to the W-rail 42 at a point C (2 o'clock).

Zwischen den Spulen 53 und 54 entsteht eine dritte Drahtschleife 63, die an einer Stelle D (12 Uhr) mit der U-Schiene 38 verbunden wird, welche also die Stellen A und D elektrisch miteinander verbindet.A third wire loop 63 is created between the coils 53 and 54, which is connected to the U-rail 38 at a point D (12 o'clock), which thus electrically connects the points A and D.

Zwischen den Spulen 54 und 55 entsteht eine vierte Drahtschleife 64, die an einer Stelle E (10 Uhr) mit der V-Schiene 40 verbunden wird, welche also die Stellen B und E elektrisch miteinander verbindet.A fourth wire loop 64 is created between the coils 54 and 55, which is connected to the V-rail 40 at a point E (10 o'clock), which thus electrically connects the points B and E.

Zwischen den Spulen 55 und 56 befindet sich eine fünfte Drahtschleife 65, die an einer Stelle F (8 Uhr) mit der W-Schiene 42 verbunden wird, welche die Stellen C und F elektrisch miteinander verbindet.Between the coils 55 and 56 there is a fifth wire loop 65 which is connected at a point F (8 o'clock) to the W-rail 42 which electrically connects the points C and F.

Das freie Ende der Spule 56 ist mit 66 bezeichnet und an der Stelle A mit der U-Schiene 38 und dem Wicklungsanfang 50 verbunden. Damit ist die Wicklung abgeschlossen.The free end of the coil 56 is marked 66 and is connected at point A to the U-rail 38 and the beginning of the winding 50. This completes the winding.

Fig. 4 zeigt, dass es sich um eine Dreieckswicklung handelt, bei der in jedem Strang zwei Wicklungsspulen parallel geschaltet sind, nämlich im Strang 70 zwischen den Anschlüssen U und V die Spulen 51 und 54, im Strang 72 zwischen den Anschlüssen V und W die Spulen 52 und 55, und im Strang 74 zwischen den Anschlüssen W und U die Spulen 53 und 56. Aus Fig. 4 geht auch klar hervor, dass die U-Schiene 38 die Anschlüsse A und D verbindet, die V-Schiene 40 die Anschlüsse B und E, und die W-Schiene 42 die Anschlüsse C und F. Auch erkennt man aus Fig. 4 die Lage der Drahtschleifen 61 bis 65, sowie des Wicklungsanfangs 50 und -endes 66. Fig. 4 shows that this is a delta winding in which two winding coils are connected in parallel in each strand, namely in strand 70 between terminals U and V the coils 51 and 54, in strand 72 between terminals V and W the coils 52 and 55, and in strand 74 between terminals W and U the coils 53 and 56. From Fig. 4 it is also clear that the U-rail 38 connects terminals A and D, the V-rail 40 connects terminals B and E, and the W-rail 42 connects terminals C and F. Fig. 4 also shows the position of the wire loops 61 to 65, as well as the winding start 50 and end 66.

Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich. Z.B. eignet sich eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung in gleicher Weise für einen Außenläufermotor, oder für einen Linearmotor, wobei sich im Anschluss an sechs Statorpole die Statoranordnung beliebig oft wiederholen kann, wie das dem Fachmann des Elektromaschinenbaus geläufig ist.Naturally, numerous variations and modifications are possible within the scope of the invention. For example, a winding arrangement according to the invention is equally suitable for an external rotor motor or for a linear motor, whereby the stator arrangement can be repeated as often as desired after six stator poles, as is familiar to those skilled in electrical engineering.

Claims

1. Stator arrangement ( 20 ) with a number of salient stator poles ( 31 to 36 ) divisible by six, wherein a first ( 31 ), second ( 32 ), third ( 33 ), fourth ( 34 ), fifth ( 35 ) and sixth stator pole ( 36 ) are arranged in succession in a predetermined angular range, and with three winding strands ( 70 , 72 , 74 ) which are connected in a delta ( Fig. 4) and to which three busbars (U, V, W, 38, 40, 42) are assigned for their connection, wherein a first winding coil ( 51 ) arranged on the first stator pole ( 31 ) is arranged between a first busbar ( 38 ) and a second busbar ( 40 ), a second winding coil ( 52 ) arranged on the second stator pole ( 32 ) is arranged between the second busbar ( 40 ) and a third busbar ( 42 ), a third winding coil ( 53 ) arranged on the third stator pole ( 33 ) between the third busbar ( 42 ) and the first busbar ( 38 ), a fourth winding coil ( 54 ) arranged on the fourth stator pole ( 34 ) between the first busbar ( 38 ) and the second busbar ( 40 ), a fifth winding coil ( 55 ) arranged on the fifth stator pole ( 35 ) between the second busbar ( 40 ) and the third busbar ( 42 ), and a sixth winding coil ( 56 ) arranged on the sixth stator pole ( 36 ) between the third busbar ( 42 ) and the first busbar ( 38 ).

2. Stator arrangement according to claim 1, in which at least two successive winding coils ( 51 , 52 ) are continuously wound and are electrically connected at their transition point ( 61 ) to the associated busbar ( 40 ) without interrupting the winding wire ( 44 ).

3. Stator arrangement according to claim 2, in which the winding coils from the first winding coil ( 51 ) to the sixth winding coil ( 56 ) are continuously wound and are each electrically connected to an associated busbar at their transition points ( 61 to 65 ) without interrupting the winding wire ( 44 ).

4. Stator arrangement according to one of the preceding claims, in which at least one busbar ( 38 , 40 , 42 ) is designed to connect such transition points (e.g. 61 and 64) of winding coils to one another, which transition points are separated from one another by three stator poles.

5. Stator arrangement according to one of the preceding claims, which has three stator poles per pole pair of the rotor ( 22 ).

6. Stator arrangement according to one of the preceding claims, in which the busbars ( 38 , 40 , 42 ) are embedded in an insulating part ( 44 ) and are substantially completely enclosed by this insulating part ( 44 ) outside their connection parts (A to F, U, V, W).

7. Stator arrangement according to claim 6, in which the relevant connection part ( Fig. 3: A, 43) protrudes from the insulating part ( 44 ) at a connection point (A to F, U, V, W).

8. Stator arrangement according to claim 6 or 7, in which a connection part (U, V, W) is connected to a circuit board ( 47 ) which is arranged in the region of an end face of the stator arrangement ( 20 ).

9. Stator arrangement according to claim 8, wherein at least one power semiconductor ( 48 ) for controlling the currents in the strands ( 70 , 72 , 74 ) of the stator winding ( 45 ) is provided on the circuit board ( 47 ).

10. Electronically commutated direct current motor with a stator arrangement according to one of the preceding claims, and with a permanent magnet rotor ( 22 ) which has one rotor pole pair for every three stator poles of the stator arrangement ( 20 ).